爱默生在《论自然》里说，我们的先辈是面对面地看着上帝和自然，而我们却只有通过他们来交流。今天，许多人都通过科普读物认识自然、走近科学。在科普读物里，谈物理的，特别是谈当代物理学的，可能更多一些。因为理论物理学不单离老百姓的生活遥远，离圈外的大学生也一样是遥远的。与其他学科比较，物理学似乎真的“玄之又玄”，有好多话需要向大众说。

 

于是，我们可以在图书林里看到很多“没有数学的物理学”。然而学过物理的人会发现那样的书多半连物理学也没有了，失去了曾令物理学家梦魂萦绕的东西、推动物理学进步的东西。像桂冠诗人丁尼生（Tennyson）在一首题目怪怪（The Lotos-Eaters）的诗里写的那样：知识走来，智慧在徘徊。(“Knowledge comes, wisdom lingers.”) 那么物理学的智慧花朵开在哪儿呢？

 

温伯格（S. Weinberg）在《终极理论之梦》（Dreams of A Final Theory）里回忆说，他曾向文科学生讲物理，感觉最重要也最困难的任务是，让他们学会计算不同物理系统在不同条件下发生的事情，使他们能够体味精确计算的力量。这是在牛顿的经典物理学的立场针对古希腊的自然哲学或亚里斯多德的“物理学”说的，但今天恐怕不够了，没有人能够让一个文科同学计算黑洞的行为。所以我们需要没有数学但有物理学真味的读物，《时间、空间和万物》就是这样一本。

 

这本小书原是作者为学物理的大学生写的，因为物理圈内的学生“也往往只看到一棵棵精心栽培的树，很少能发现树外还有森林”。圈外的人有时可能一棵树也认不清楚。例如，很多人平常也爱谈相对论，说得多的大概是“E = mc2”，拿它当物理学的美的典范；假如在相对论的书里找不到这个公式（那是常有的事情），他也许会感到奇怪。那个公式虽然简单美妙，但不过是相对论的一朵小花，不是物理学的树，更不是根。这本小书从根谈起，甚至从种子说起，最后还回来，问我们的根是不是什么树都长，什么花都开。

 

从现代观点看，“新”物理学开端是相对论，相对论的核心是时间与空间的融合。今天的物理学是关于古老的时空的科学，即使走在前头的超弦理论也是关于时空的理论；当然，时空离不开物质，那也是相对论的结果。我们看，书名本身就带着新鲜的物理观。也许，相对论更重要的是改变了物理学和物理学家的“精神”，它让物理学家相信，真的一定应该是美的。有趣的是，这好像又把我们带回了古希腊——济慈在《希腊古瓮颂》的最后就写过这句诗，“Beauty is truth, truth beauty”，有人认为，这诗句原来就刻在那个古瓮上。读者不要以为物理学没有诗歌和艺术的那种美。不是的，在物理学的美，一样是令人心动的，只不过通过那些似乎没有情趣的数学形式来表现罢了。物理学家在新理论的构想“上下未形”的时候，就已经从美的源头找到了它的好多基本特征。实现美的捷径，就是从简单出发。当然，复杂也生成美，但当我们看到复杂的美时，它已经不再复杂了——混沌产生了有序。本书正是“从简单说起”，从古老的柏拉图几何体说起，也就是从现代物理学的根说起。

 

今天物理学的简单，与数学的简单不同，与过去哲学家的简单也不同；一样的哲学，不一样的物理。简单的物理生出了天地万物，这是它超越古老哲学最大的地方，超越的核心是让时间和空间摆脱虚幻的哲学的思维形式，与物质和力联系起来了。牛顿没能超越这一点，所以他的物理只是解释了人们感觉的世界，而没有打开感觉以外的世界。作者用两章分别谈空间和时间，强调了它们与物理过程（测量和计算）的联系，狭义相对论也非常自然地走出来，一点不像教科书那样，总出现在经典电动力学的最后一章。读了这几页，任何人都可能凭直觉把握相对论的精神。

 

如果说，牛顿的物理学更多一些计算，那么相对论以来，物理学最重要的是它的结构。多年来，物理学家也感到神奇的是，“为什么物理学常有那么美妙的数学形式？”其实，30年前就有人提出，“数学在自然科学中有着莫名其妙的作用”，不过在今天，数学与理论物理学的联系比以前更加紧密了。一本没有数学的物理学，当然不可能让读者直接看清这一点。于是作者选择了另一种表现方式：不讲物理学的结构，而讲结构里的概念。像译者在后记里说的，这本小书谈的尽是大问题。看看目录，没有一点儿稀奇（除了那个特别的“大白鲨”），都是大家熟悉的基本概念：运动、能量、自由、质量、和“机会”。概念的编排也别开生面：在“能量”一章，引力质量和惯性质量被自然区别开来（一般的书都在广义相对论的实验基础里分别这两样东西），而惯性质量成了主角，让我们看到了惯性质量更深刻的一面：“惯性质量出现在我们想象的实验室里，是因为我们发现质子的加速度与电子的不一样”；关于量子论，作者讲的是运动的“自由”和不确定性原理；到了“质量”一章，广义相对论才姗姗来迟，似乎是为了寻找惯性质量的起源来的。在没有数学的情形，这样讲广义相对论是很合适的，而且等效原理在这样的论述中更显得基本。我记得自己是在学会广义相对论的数学很久以后，才慢慢明白为什么那个原理是它的基础。另外，这本小书讲了过去的大书没怎么讲的一些事情。例如，人们眼中的洛伦兹收缩是什么样子的？惯性质量是如何起源的？

 

更重要的一点，概念总伴着问题说。关于相对论和量子论的普及读物很多，但融合了更新的当代物理学思想精神的却很少；读那些书能学会具体的公式或者方法，但容易忽略概念的意义，特别是对未来理论的意义。在这本小书里，那些概念都是从源头说到今天，有的还谈到未来。例如，关于物质，就从柏拉图的多面体说到基本粒子和黑洞，从分立的点说到连续的波，而且自然引出一个关于物质的问题，也是关于物理思想的问题：“无论宇宙万物是什么，总不会像乌托子台球……”在每个概念的后面，作者几乎总会提出现在或者将来可能的问题。而在最后一章，“我们不禁要大吃一惊。不是惊讶我们对自然认识了多少，而是惊讶还有那么多不认识的。”作者带我们攀登物理群山，当代物理学的重大疑难像一个个幽深的洞穴，出现在我们面前：夸克的洞穴，质量的洞穴，真空的洞穴，维数的洞穴……我觉得，这时候读者应该激动和兴奋——科学大概会欢迎这样的“幸灾乐祸”者。真的，一个令人敬畏的科学存在那样多的问题，对想走近它的人来说，不是比那无限风光更有吸引力吗？

 

作者还特别提出了物理学方法论的一些问题。“科学真是迷人，根据零星的事实，添加一点猜想，就能赢得那么多收获！”作者在序言里引用的这句马克 ? 吐温的话，在现代物理学得到了完全的表现。我们会惊讶头脑里的实验有时比实验室里的实验更有生命力。可能有人因此误会物理学真的成了玄学，所以作者没有讲多少抽象的“美”的东西，对称性也说得不多，这对物理学外的读者，特别是对那些追求“乌有乡物理学”的人，大概都是有好处的。作者告诉我们，“在物理学中，除了台球、重子、黑洞和布朗运动，还有那可怕的大白鲨（Boojum）”，讲的就是关于理论物理学的方法论问题，关于理论极限的问题。“我们遭遇那恶魔，那大白鲨，是因为我们走得太远，远远超越了我们的理论赖以建立的经验范围的极限。”

 

我们经常在西方的自然科学著作里看到古典文学的片段，这本小小的物理学也不例外，而且似乎更加突出。作者自己还学着卡洛尔（L.Carroll）的调子写了一个关于基本粒子的“尾声”。考虑到作者的趣味，特别考虑到物理学与文学艺术的“联姻”，译者对所有的引文都尽可能作了也许“跑题”的背景说明，这在物理学读物中大概还算新鲜，也许能更多吸引读者的兴趣。